歷史首次，科學家操縱半電子甲蟲飛行
2015-03-23 08:56:01 新浪科技據(jù)國外媒體報道，美國加利福尼亞州大學伯克利分校和新加坡南洋理工大學的工程師在甲蟲身上安裝無線電發(fā)射機“背包”并利用這個背包控制甲蟲的飛行。這在研制半電子昆蟲的歷史上還是第一次。借助于無線電發(fā)射機，他們能夠控制甲蟲的起降，空中盤旋和轉(zhuǎn)向。這項技術意味著半電子昆蟲將在未來的某一天充當在災區(qū)執(zhí)行任務的無人偵察機。此外，工程師還表示無線電控制甲蟲飛行讓他們進一步了解這種昆蟲的生物學特征。
研究過程中，加州大學伯克利分校和南洋理工大學的工程師將目光聚焦甲蟲用于轉(zhuǎn)向的肌肉。研究中使用的甲蟲是巨型花金龜，學名“Mecynorrhina torquata”，平均身長2英寸（約合6厘米），重0.3盎司（約合9克）。他們在花金龜背部安裝微型電腦和無線電裝置，在花金龜飛行過程中記錄數(shù)據(jù)。研究中，工程師發(fā)現(xiàn)一塊用于控制翅膀折疊的肌肉對花金龜?shù)目罩修D(zhuǎn)向也至關重要。他們利用這些信息改進花金龜遠程遙控轉(zhuǎn)向的精確度。研究論文刊登在《當代生物學》雜志上。
科學家認為這項研究不僅揭示出無線傳感器應用于生物學研究的潛力，同時也有望孕育出一系列應用，例如用于在對人類過于危險的地區(qū)輔助搜救行動的工具。南洋理工大學助理教授希羅塔卡-薩托表示：“甲蟲是理想的研究對象，因為它們能夠搭載相對較重的有效負荷。我們很容易在它們身上安裝小型麥克和熱傳感器，用于執(zhí)行搜救任務。借助于這項技術，我們可以安全地探索此前無法進入的地區(qū)，例如倒塌建筑的小角落和裂縫。”
加州大學伯克利分校的副教授米切爾-馬哈比茲指出：“這項研究說明微型電子設備可用于解答科學界的一些有趣的基本問題。為了記錄和研究飛行昆蟲，生物學家通常不得不用繩子將它們拴住。由于這種做法，他們很難法確定系繩是否會影響昆蟲的天然飛行動作。”
在進行這項研究前，科學家很難解釋較小的肌肉在精確轉(zhuǎn)向過程中扮演的角色。根據(jù)這項研究，鞘翅目昆蟲的第三腋片肌肉——翅膀關節(jié)處——在甲蟲左轉(zhuǎn)或者右轉(zhuǎn)過程中發(fā)揮重要作用。薩托指出：“自1800年代以來，鞘翅目昆蟲的這塊肌肉便被認為只與翅膀折疊有關。我們的無線系統(tǒng)允許我們記錄昆蟲在自由飛行過程中的神經(jīng)肌肉活動，讓我們意識到這塊肌肉也可用于轉(zhuǎn)向。”
通過在花金龜飛行過程中對其進行刺激，控制花金龜?shù)霓D(zhuǎn)向，科學家對第三腋片肌肉的功能進行了測試。這種刺激和控制通過花金龜?shù)谋嘲鼘崿F(xiàn)，背包內(nèi)裝有一個微控制器，內(nèi)置無線接收器和發(fā)射機。花金龜?shù)囊暽窠?jīng)葉和飛行肌與6個電極相連。測試飛行過程中，他們每毫秒向花金龜?shù)谋嘲鼈鬏斝盘枺倏鼗ń瘕斊痫w，左轉(zhuǎn)或者右轉(zhuǎn)，甚至能夠讓其在半空中盤旋。
研究中使用的花金龜雖然沒有系繩，但在一個封閉的房間內(nèi)飛行。房間內(nèi)裝有8臺運動捕捉相機，捕捉它的飛行動作。馬哈比茲教授表示：“有關飛機肌的研究發(fā)現(xiàn)允許我們第一次驗證更先進的自由飛行甲蟲控制系統(tǒng)。這是工程學與科學合作的一個完美案例。”
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